Co to jest czujnik potencjometryczny?
Czujnik potencjometryczny jest rodzajem czujnika chemicznego stosowanego w szerokiej gamie procesów przemysłowych do określania wolumetrycznej obecności związku na podstawie detekcji atomów jonowych lub cząsteczek w związku, które niosą ładunek elektryczny. Czujnik nie wymaga przepływu prądu, a jedynie to, że sam związek, czy to ciecz, czy gaz, przepływa między elektrodami urządzenia czujnikowego. Jednym z najpopularniejszych czujników potencjometrycznych produkowanych od 2011 roku jest czujnik tlenu wbudowany w samochody, ale technologia ta ma wiele innych zastosowań.
Podstawową funkcją potencjometru, który jest sercem czujnika potencjometrycznego, jest to, że znane napięcie na elektrodzie odniesienia jest stosowane jako porównanie z napięciem, które zmienia się na elektrodzie roboczej. Różnica napięcia występuje, gdy stały związek elektrolitowy między dwiema elektrodami otrzymuje ładunek elektryczny, gdy przechodzi przez nie ciecz lub gaz w postaci przewodnika jonowego. Poziom ładunku służy do określania ilości obecnych jonów, a następnie wartość tę można porównać z oczekiwanymi wartościami masy i aktywować kontrole w celu utrzymania pożądanego stanu równowagi.
Czujniki tlenu, znane również jako sondy lambda, są stosowane w samochodach produkowanych w Stanach Zjednoczonych od 1980 roku jako rutynowo stosowany czujnik potencjometryczny i są obecne, aby zapewnić, że pojazdy spełniają normy kontroli zanieczyszczeń w niektórych stanach, takich jak Kalifornia, i zoptymalizować wydajność silników pod kątem oszczędności paliwa. Działają poprzez pomiar ilości zjonizowanego tlenu, który jest obecny w strumieniu spalin dla samochodu podczas pracy silnika. Mikroprocesory w pojeździe następnie przyjmują tę wartość i porównują ją z wartościami optymalnymi dla gazów spalinowych. W przypadku wahań mocy sterowanie komputerowe może dostosować mieszankę paliwowo-powietrzną pojazdu i czas zapłonu, aby zapewnić pełniejsze spalanie paliwa i zmniejszenie zanieczyszczenia. Wszystkie typy pojazdów, bez względu na to, czy są zasilane olejem napędowym, benzyną, etanolem, czy kombinacjami takich paliw, wykorzystują te czujniki, a bardziej nowoczesne wersje urządzeń mierzą zakres różnych gazów spalinowych oprócz samego tlenu.
Inne zastosowania czujnika potencjometrycznego obejmują analizę gazów śladowych w chemii analitycznej aż do części na bilion oraz określenie polarnej ilości rozpuszczalników, takich jak woda, alkohol i inne chemikalia, używanych do tworzenia precyzyjnych receptur roztworów przemysłowych. Badania z 2011 r. Doprowadziły również do zastosowania czujnika potencjometrycznego w analizie farmaceutycznej. Służą do wykrywania ołowiu i środków powierzchniowo czynnych w strumieniach ścieków z oczyszczalni oraz z wielu innych powodów w rolnictwie i medycynie, a także do kontroli zanieczyszczenia środowiska w wielu branżach. Konstrukcja potencjometrycznych czujników membranowych jonów wykorzystywanych do wykrywania metali ciężkich, takich jak ołów lub do określania poziomu pH próbek gleby, może dawać wyniki w ciągu 15 sekund lub krócej i może być wielokrotnie stosowana przez okres do czterech miesięcy bez degradacji.